2024年3月12日发(作者：win10家庭版共享打印机)

２０１１年第２期　小磊柱采　

小流量高扬程磁力泵的开发　

孔繁余　沈小凯　张　勇　薛　玲　

（江苏大学流体机械工程技术研究中心，镇江；２１２０１３）　

摘要：磁力泵具有无泄漏、安全、可靠等优点，应用在船舶、车辆、航空等特定用途的小流量高扬程泵，不仅要求　

泵无泄漏，而且有严格的外形尺寸限制，而现有的磁力泵难以满足要求。本课题开发了满足不同冷却循环用的小流量高　

扬程磁力泵系列，给出了小流量高扬程磁力泵系列的性能参数，介绍了小流量高扬程磁力泵开发过程中采取的措施：采　

用紧凑型整体结构设计以保证较小的尺寸要求；采用复合叶片的设计方法提高泵的水力性能；采用聚磁型磁性联轴器结　

构设计以提高磁传动效率；利用冷却循环液回路系统平衡轴向力；用新型导轴承材料提高泵的使用寿命。系列中各种规　

格参数经过样机验证，能满足客户的使用要求。　

关键词：磁力泵小流量高扬程小尺寸系列开发　

１　引　言　

磁力泵采用磁力传动来实现扭矩的无接触传　

递，是为了彻底解决机械传动中泵轴封泄漏问题　

而设计的无轴封、无泄漏泵［１】。在船舶、车辆、　

航空等特定使用场合，要求泵机组的体积小、无　

泄漏，同时还要泵具有高的性能参数【２】。　

尽管磁力泵在近几年取得巨大发展，并在许　

Ｑ（ｍ３／ｈ）　

多领域获得应用【３】。但在特定应用领域，小流量　

高扬程小体积的磁力泵产品配套难。因而开发体　

图１　ＣＪＲＢ系列的型谱图　

积小的特种工程用小流量高扬程磁力泵，成为人　

ＣＪＲＢ系列共轴式、紧凑型小流量高扬程磁力泵。　

们关注的热点。在国外，美国的ＦＬＯＷＳＥＲＶＥ公　共轴式、紧凑型磁力泵采用由电机特制的轴伸联　

司开发的ＭＳＰ型磁力泵适用于小流量高扬程的领　接外磁转子，这种结构使得泵机组尺寸小、重量　

域。而在国内，小流量高扬程磁力泵还不多见【４】。　轻、运行可靠，经试验和实际运转考核，能满足　

本课题根据不同冷却装置的要求，开发了　

客户的使用要求。　

表１　ＣＪＲＢ系列磁力泵技术参数　

型号　流量ｐ（１１１　）　扬程Ｈ（ｍ）　转速１７，（ｒ／ｍｉｎ）　配套功率Ｎ（ｋ　，）　外形尺寸（ｒａｍ）　

ＣＪＲＢ３—６５　３　６５　２９２０　４　５ｏｏｘ２９０ｘ２９０　

ＣＪＲＢ３—６５Ａ　２．８　６０　２９２０　４　５ｏｏｘ２９０ｘ２９０　

ＣＪＲＢ６～７５　６　７５　２９２０　４　５ｏｏｘ２９０ｘ２９０　

ｃＪＲＢ６～７５Ａ　５．７　７０　２９２０　４　５ｏｏｘ２９０ｘ２９０　

（．ＪＲＢ９—８Ｏ　９　８０　２９２０　５．５　６０７￣２９８ｘ２９０　

ＣＪＲＢ９—８ＯＡ　８．５　７５　２９２０　５．５　６Ｏ７×２９８×２９Ｏ　

・

２・　小番柱采　２０１１年第２期　

图２小流量高扬程磁力泵结构示意图　

１．口环２．泵体３．内磁转子４．隔离套５．外磁转子６．电机　

２技术参数　

ＣＪＲＢ系列共轴式、紧凑型磁力泵的技术参数　

３．２水力设计　

低比速离心泵的圆盘损失是影响其效率的一　

个主要因素。圆盘损失与叶轮外径的５次方成正　

比，所以为了达到规定的扬程，减小叶轮直径Ｄ　，　

如表１所示。ＣＪＲＢ系列泵的型谱图，见图１所　

示。　

增加叶片出口安放角　和叶片数ｚ是一个行之有　

３设计　

效的方法。另外，为了降低叶片进口的排挤系数，　

采用长短叶片复合设计是一个较为有效的方法［５１。　

本课题采用了长短叶片复合设计的方法。取Ｌ　／Ｌ＝　

０．５５～０．６５，短叶片长度约为长叶片长度的１／２，如　

图３所示。　

３．１结构设计　

ＣＪＲＢ型小流量高扬程磁力泵的主要结构如图　

２所示，主要由口环１、泵体２、内磁转子３、隔　

离套４、外磁转子５、电机６等组成。　

ＣＪＲＢ型磁力泵的工作过程是电机直接驱动外　

磁转子，磁力穿越隔离套，作用于内磁转子从而　

驱动转子旋转，内磁转子无轴封，实现无泄漏输　

送。　

一

３．３永磁磁力联轴耦合器　

磁力泵的磁力耦合器是磁力泵的关键技术之　

其设计是否合理直接影响到泵组的效率。本　

课题采用了密集型聚磁磁力耦合器，如图４所示。　

，

ＣＪＲＢ型磁力泵的结构特点是：隔离套和泵轴　这种新型磁力耦合器具有磁能利用好、磁场强度　

构成一体，是静止件；叶轮和内磁钢为一整体，　

构成转子件，能保证较小的结构尺寸。　

高、传动力矩大、结构紧凑等优点。磁力泵的内　

磁转子在介质中旋转会产生较大的功率损失，这　

（ａ）静态示意图　（ｂ）偏转后示意图　

图４永磁磁性联轴耦合器　

图３短叶片偏置　

１．轭铁２．外磁钢３．隔离套４．内磁钢　

２０１１年第２期　小番柱采　・　３　・　

，｝　

图５冷却循环液的循环回路　

部分功率损失一般分为两部分：一是内磁转子圆　

柱面的摩擦损失，它与转子半径的４次方及转子　

的长度成正比；二是内磁转子端面的摩擦损失，　

它与转子半径５次方成正比旧。因此，从永磁转　

图６不同隔离套的涡流损失　

图７联轴器的传递效率　

子能耗上考虑，减小内磁转子外径有利于减小磁　

转子能耗。另一方面，在转速、转矩、磁钢长度　

一

定时，用磁能积高的磁性材料，减小磁转子体　

外径，显然会减小磁转子的能耗，提高泵效率。　

永磁体采用的是钐钻材料，磁能积高，能耐较高　

的温度，提高了永磁磁力耦合器的耐高温性能。　

３．４轴向力平衡与冷却回路设计　

磁力泵的轴向力是指内磁转子所受的轴向推　

力。内磁转子左右两端均设置有推力盘，如图５　

所示。如果轴向力不平衡，将影响推力盘的使用　

寿命，即影响泵机组的寿命，甚至关系到泵能否　

启动运行，因此轴向力平衡是整个设计中十分重　

要的一部分。内磁转子轴向力平衡的设计方法就　

是降低内磁转子右端的单位面积作用力，尽可能　

使它所受的合力为零。　

磁力泵内磁钢与隔离套之间需要一定的液体　

循环冷却，同时推力轴承、导轴承也需要液体润　

滑冷却，防止隔离套产生过量的温升以至于永磁　

体退磁，防止冷却液汽化，使得导轴承、推力盘　

出现干摩擦。本系列产品利用液体循环产生的压　

力差，减小内磁转子右端轴向力分布。同时实现　

正常的冷却循环。　

小流量高扬程磁力泵冷却循环液，由叶轮出　

口高压腔流经内磁钢与隔离套之间的环形间隙　

ＡＢ、推力盘轴承ＢＣ、导轴承ＣＤ、叶轮入口环缝　

ＤＦ等流体阻力元件，再回到泵入口，构成循环回　

路，如图５所示。冷却循环液在循环回路中产生４　

处压力降，由此减少了作用于内磁转子右端的压　

力，实现了轴向力平衡　。　

３．５新型耐磨滑动轴承材料　

在磁力泵中，轴承是浸泡在所输送介质中运　

转的，因此润滑性一般都比较差。泵在长时间的　

运行中，轴承易受磨损，影响了轴承的寿命，直　

接影响到磁力泵的稳定运行和使用寿命。　

课题组经过专题研究，利用聚四氟乙烯（Ｆ４）　

和聚全氟乙丙烯（Ｆ４６）相容性好、粘附力强的特　

点，将它们按一定比例混合，填充一定的石墨等　

经过干粉共混、模压，在国内首次成功制备了　

Ｆ５０Ｃ新型耐磨滑动轴承材料。经过耐磨试验证明，　

Ｆ５０Ｃ新型耐磨轴承材料在润滑和非润滑材料下均　

具有良好的耐磨和减磨性能，同时抗冲击性能也　

・

４・　小兼柱采　２０１１年第２期　

袭２　ＣＪＲＢ系列泵试验参数　

型号　流量Ｑ　扬程Ｈ　转速ｎ　效率田　

（ｍｖｈ）　（ｍ）　（ｒ／ｍｉｎ）　（％）　

（＝ＪＲＢ３—６５　３　６７．９２　２９２０　ｌ５．６　

（＝ＪＲＢ３—６５Ａ　２．８　５９．１７　２９２０　ｌ５．６　

口ＲＢ６—７５　６　７８．２　２９２０　２４　

ＣＪＲＢ６—７５Ａ　５．７　７０．５８　２９２０　２４　

ｃＪＲＢ９－８０　９．１６　８３．２　２９２０　３４．１　

ｃＪＲＢ９—８ＯＡ　８．４９　７１．６４　２９２０　３４．１　

好，能满足磁力泵中泵轴材料的需求，提高了产　

品的寿命罔。　

３．６工艺与材料　

泵的叶轮采用数控机床铣加工完成，叶片采　

用圆柱形叶片，使流道形状便于控制，叶轮前盖　

板与叶片采用电焊组合，经消应力处理后再作精　

加工，保证了加工精度。磁力泵叶轮与内磁转子　

为一体，前后推力盘采用镶嵌结构，以尽可能缩　

短轴向长度。磁转子磁块组合采用圆筒形结构新　

工艺制造。磁力泵叶轮泵体采用１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ，隔　

离套采用ＴＣ４钛合金材料，使得磁涡流损失小，　

耐高温。　

对隔离套材料分别为１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ和ＴＣ４的磁　

性联轴器进行试验，得到隔离套材料为ＴＣ４的涡　

流损失远小于采用１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ的涡流损失。两者　

的涡流损失和传动效率见图６和图７。　

４性能试验　

本课题组对ＣＪＲＢ系列磁力泵进行了样机试　

验。经机械工业排灌机械产品质量检测中心在Ｂ　

级精度的水泵试验台上进行性能试验，泵的性能　

如表２所示，性能曲线如图８所示。　

５结论　

（１）液冷装置用小流量高扬程磁力泵的永磁　

转子采用密集型聚磁耦合器结构，选用高性能的　

永磁材料，使得永磁转子体积小，传递扭矩的能　

力强，效率较高。　

（２）小流量高扬程磁力泵将转子冷却回路和　

轴向力平衡设计相结合，有效地解决了轴承、推　

力盘和隔离套的冷却循环及轴向力平衡问题。　

（３）开发的小流量高扬程系列磁力泵在性　

（ａ）ａＲＢ３—６５型泵性能曲线图　

（ｂ）ＣＪＲＢ６—７５型泵性能曲线图　

（ｃ）ＣＪＲＢ９—８０型泵性能曲线图　

图８　ＣＪＲＢ系列泵的性能曲线图　

能、外形尺寸及其环境条件各方面均能满足用户要　

求。经过相关部门的鉴定，这种系（下转第４５页）　

２０１　１年第２期　小兼柱采　・４５・　

表１修复后机组振动情况（单位：ｍｍ］８）　

电机上轴承　电机下轴承　水泵上轴承　水泵下轴承　

一　

１．５　

１．Ｏ　

１．８　

Ｉ．５　

２．２　

１．９　

１．９　

２．Ｏ　上　

０　１．２　１．３　１．８　１．８　

润滑油全部排尽，并用面粉将杂质粘干净。　

（３）将刮研好的轴瓦安装到位，并将径向间　

隙由原来的０．０６　ｍｍ调整至０．１０　ｍｍ，以改善轴承　

运行稳定性。　

（４）脱开二节轴，对该机组轴系重新进行找　

正，重新调整后找正结果为：一节轴摆度最大偏　

差为０．０４　ｍｍ，二节轴摆度最大偏差为０．０９　ｍｍ，　

垂直度偏差为０．４　ｍｍ，均满足该机组安装要求。０　

图３修复后电机上径向轴承　

定性。　

４．１．４改善机组轴系对中状况，降低机组振动　

５实施效果　

２００８年１２月１２日下午在全部检修项目完工　

后，正常负荷时测得各部振动数据如表１所示。　

对机组轴系对中情况重新进行校核，使一节　

轴摆度偏差小于０．０５　ｍｍ，二节轴摆度偏差小于　

０．１０　ｍｍ，垂直度偏差小于０．０５　ｍｍ。　

４．２修复方案的实施　

（１）将受损径向轴承送机修厂，经过去除旧　

从表１可以看出，水泵各部振动状况符合泵　

的振动测量与评价标准（ＪＢ／Ｔ８０９７－－１９９９）中的良　

好标准，说明该泵修复成功。　

参考文献　

ｌ沈庆根，郑水英．设备故障诊断（Ｍ）．北京：化学工业出版　

社，２００６，３　

合金、修正瓦背、去除油污及浇注合金层等工序。　

根据轴颈尺寸，将轴瓦尺寸加工至刮削余量达　

０．０５—０．０８　ｍｍ时，采用手工刮削校核，并开好油　

口。修复完成的轴瓦如图３所示。　

（２）将电机轴颈上粘附的合金清除干净，并　

用油石打磨，保证轴颈光滑。然后将上油盒内旧　

２关醒凡．现代泵技术手册．北京：宇航出版社，１９９５，９　

３沈红．泵类设备维修问答．北京：机械工业出版社，２００７，１　

（本文编辑王振华）　

－

＋－＋－十・＋－＋－＋－＋－——　－＋－—－　－——　－＋　

（上接第４页）列的小流量高扬程磁力泵直接应用于　

各种液冷装置，使用效果好。为今后开发小流量　

概况ｆＪ】．石油机械，２００３，３１　

５　Ｍｕｓｔａｆａ　ｇｏｌｃｕ，Ｙａｓａｒ　Ｐａｎｃａｒ，Ｙａｋｕｐ　Ｓｅｋｍｅｎ．Ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ　ｉｎ　ａ　

高扬程磁力泵积累了重要经验。　

参考文献　

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８孔繁余，刘建瑞，施卫东等．Ｆ５０Ｃ复合材料的磨损性能【Ｊ】．　

江苏大学学报，２００６，２７，　（５）　

４王玉良，邓子龙，赵章荣等．　国外磁力传动无密封泵技术发展　（本文编辑王振华）